3 、與其他 3D打印技術(shù)的對比 ......................................................................................................................................... 16
五、結(jié)論及展望 .......................................................................................................................................................................... 16
圖表目錄
圖表 1：FDM成型過程 ................................................................................................................................................. 6
圖表 2：FDM工藝原理簡圖 ......................................................................................................................................... 6
圖表 3：某型號(hào)3D打印機(jī)正面 ...................................................................................................................................... 7
圖表 4：某型號(hào)3D打印機(jī)背面 ...................................................................................................................................... 7
圖表 5：FDM技術(shù)對成型材料的要求 ........................................................................................................................... 7
圖表 6：ABS價(jià)格走勢 .................................................................................................................................................. 9
圖表 7：PC價(jià)格走勢 .................................................................................................................................................... 9
圖表 8：PC價(jià)格走勢 .................................................................................................................................................. 10
圖表 9：丁苯橡膠價(jià)格走勢 ......................................................................................................................................... 11
圖表 10：天然橡膠價(jià)格走勢 ....................................................................................................................................... 11
圖表 11：FDM技術(shù)對成型材料的要求 ....................................................................................................................... 11
圖表 12：建筑建模案例展示 ....................................................................................................................................... 13
一 、FDM概況
1 、3D打印技術(shù)路徑概況
3D打印（3D Printing）技術(shù) ，是在計(jì)算機(jī)控制下
，基于“增材制造”原理， 立體逐層堆積離散材料，進(jìn)行零件原型或最終產(chǎn)品的成型與制造的技術(shù)
。該技 術(shù)以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本
，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，將 3D 實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè) 2D 平面
，利用激光束
、電子束、熱熔噴嘴等方式將粉末
、熱 塑性材料等特殊材料進(jìn)行逐層堆積粘結(jié)，最終疊加成型
，制造出實(shí)體產(chǎn)品
。
經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前已經(jīng)開發(fā)出多種 3D 打印技術(shù)路徑，從大類上劃 分為擠出成型
、粒狀物料成型、光聚合成型和其他成型幾大類
，基礎(chǔ)成型主要 代表技術(shù)路徑為熔融沉積成型（FDM）
；粒狀物成型技術(shù)路徑主要包括電子束 熔化成型（EBM）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）
、
三維打印（3DP）
、選擇性熱燒 結(jié)（SHS）等；光聚合成型主要包括光固化（SLA）
、數(shù)字光處理（DLP）
、聚 合物噴射（PI）；其他技術(shù)包括激光熔覆快速制造技術(shù)（LENS）
、熔絲制造（FFF）
其中 FDM、SLA、LOM、SLS、3DP為主流技術(shù)，熔融沉積成型 FDM工 藝一般是熱塑性材料 ，以絲狀形態(tài)供料
。材料在噴頭內(nèi)被加熱熔化，噴頭沿零 件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng)
，同時(shí)將熔化的材料擠出
，材料迅速凝固，并與周 圍的材料凝結(jié)；
光固化快速成形 SLA ，又稱立體光刻
、光成形等，是一種采用激光束逐點(diǎn) 掃描液態(tài)光敏樹脂使之固化的快速成型工藝
；
疊層實(shí)體制造 LOM 工藝是快速原型技術(shù)中具有代表性的技術(shù)之一 ，是基 于激光切割薄片材料、由黏結(jié)劑黏結(jié)各層成形
；
選擇性激光燒結(jié) SLS工藝 ，是采用紅外激光作為熱源來燒結(jié)粉末材料，并 以逐層堆積方式成形三維零件的一種快速成形技術(shù)
；
3DP工藝與 SLS工藝類似 ，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末
，金屬粉末
。 所不同的是材料粉末不是通過燒結(jié)連接起來的，而是通過噴頭用粘接劑將零件 的截面“印刷”在材料粉末上面
。
2 、FDM發(fā)展歷程
熔融沉積成型（FDM，F(xiàn)used Deposition Modeling）是上世紀(jì)八十年代末 ， 由美國 Stratasys 公司發(fā)明的技術(shù)
，是即光固化快速成型（SLA）和疊層實(shí)體 快速成型工藝（LOM）后的另一種應(yīng)用比較廣泛的 3D 打印技術(shù)路徑。1992 年
，Stratasys公司推出了世界上第一臺(tái)基于 FDM技術(shù)的 3D打印機(jī)——“3D 造型者（3D Modeler）”
，這也標(biāo)志著 FDM技術(shù)步入商用階段。由于 FDM工 藝不需要激光系統(tǒng)支持
，成型材料多為 ABS
、PLA等熱塑性材料，因此性價(jià)比 較高
，是桌面級(jí) 3D打印機(jī)廣泛采用的技術(shù)路徑
。
國內(nèi)方面，對于 FDM 技術(shù)的研究最早在包括清華大學(xué)、西安交大、華中 科大等幾所高校進(jìn)行，其中清華大學(xué)下屬的企業(yè)于 2000年推出了基于 FDM技 術(shù)的商用 3D 打印機(jī)，近年來也涌現(xiàn)出北京太爾時(shí)代、杭州先臨三維等多家將 3D打印機(jī)技術(shù)商業(yè)化的企業(yè)。
2009 年 FDM關(guān)鍵技術(shù)專利過期，基于 FDM的 3D 打印公司開始大量出 現(xiàn)，行業(yè)也迎來了快速發(fā)展期，相關(guān)設(shè)備的成本和售價(jià)也大幅降低，數(shù)據(jù)顯示， 專利到期之后桌面級(jí) FDM打印機(jī)從超過 1 萬美元下降至幾百美元，銷售數(shù)量 也從幾千臺(tái)上升至幾萬臺(tái)。
FDM的工作原理是將絲狀原料通過送絲部件送入熱熔噴頭，然后在噴頭內(nèi)被加熱融化，在電腦控制下噴頭沿著零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng)，將半流動(dòng)狀態(tài)的材料送到指定位置并最終凝固，同時(shí)與周圍材料粘結(jié)，選擇性的逐層熔化與覆蓋，最終形成成品 。過程主要包括設(shè)計(jì)三維模型、三維模型的近似處理
、
stl文件的分層處理、造型及后處理
。
一套完整的 FDM制造系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng) 、軟件系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)主要指 3D 打印機(jī)本身
，一臺(tái)利用 FDM技術(shù)的 3D打印機(jī)包括工作平臺(tái)
、送絲裝置、加熱 噴頭
、儲(chǔ)絲設(shè)備和控制設(shè)備五大部分組成
。
一套完整的 FDM制造系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)主要指 3D 打印機(jī)本身，一臺(tái)利用 FDM技術(shù)的 3D打印機(jī)包括工作平臺(tái)、送絲裝置、加熱 噴頭、儲(chǔ)絲設(shè)備和控制設(shè)備五大部分組成。
軟件系統(tǒng)是指設(shè)計(jì)人員利用 CAD 軟件進(jìn)行擬打印產(chǎn)品的三維圖形繪制， 或者利用3D掃描儀將擬打印產(chǎn)品的數(shù)據(jù)輸入電腦，最后以 STL格式輸出原型 的幾何信息。信息處理單元由stl文件處理、工藝處理、數(shù)控、圖形顯示等模 塊組成，分別完成對 STL文件錯(cuò)誤數(shù)據(jù)檢驗(yàn)與修復(fù)、層片文件生成、填充線計(jì) 算、數(shù)控代碼生成和對原型機(jī)的控制。其中，工藝處理模塊根據(jù) STL文件判斷 制作成型過程中是否需要支撐，如需要支撐則進(jìn)行支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并以 CLI格 式輸出產(chǎn)生分層 CLI文件。
材料是 3D打印技術(shù)的關(guān)鍵所在，對于 FDM來說也不例外，F(xiàn)DM系統(tǒng)的 材料主要包括成型材料和支撐材料，成型材料主要為熱塑性材料，包括 ABS、 PLA、人造橡膠、石蠟等；支撐材料目前主要為水溶性材料。
成型材料是利用 FDM技術(shù)實(shí)現(xiàn) 3D打印的載體，對其粘度、熔融溫度
、粘
結(jié)性
總結(jié)起來，F(xiàn)DM對成型材料的具體要求是熔融溫度低、粘度低
、粘結(jié)性好
、收縮率小。
根據(jù)上述特性，目前市場上主要的 FDM 成型材料包括 ABS
、PC、PP
、 PLA
、合成橡膠等。
ABS材料。ABS是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，為五大合成樹脂之一，具有抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學(xué)藥品性及電氣性能優(yōu)良，還具有易加工、制品尺寸穩(wěn)定、表面光澤性好等特點(diǎn)，容易涂裝、著色，還可以進(jìn)行表面噴鍍金屬、電鍍、焊接、熱壓和粘接等二次加工，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車
、電子電器、儀器儀表
、紡織和建筑等工業(yè)領(lǐng)域
，是一種用途極廣的熱塑性工程塑料。
作為一種用途廣泛的合成樹脂，ABS價(jià)格主要影響因素為國際原油價(jià)格
， 近期國際原油價(jià)格持續(xù)低迷，ABS價(jià)格也出現(xiàn)下跌
，2015年以來 ABS均價(jià)為 12451元/噸，較 2015年均價(jià)下跌 14%
，我們預(yù)計(jì)短期內(nèi) ABS價(jià)格很難出現(xiàn) 上漲
，從歷年的情況看，ABS均價(jià)在 15000元/噸左右
。
PC材料。PC即聚碳酸酯，是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物
，根據(jù)酯基的結(jié)構(gòu)可分為脂肪族
、芳香族、脂肪族-芳香族等多種類型
，具有高彈性系數(shù)
、高沖擊強(qiáng)度、使用溫度范圍廣
、高度透明性及自由染色性
、成形收縮率低、尺寸安定性良好
、耐疲勞性佳
、耐候性佳
、電氣特性優(yōu)、無味無臭對人體無害符合衛(wèi)生安全等特點(diǎn)
，可用于光盤
、汽車、辦公設(shè)備
、箱體
、包裝、醫(yī)藥
、照明
、薄膜等多個(gè)領(lǐng)域。
隨著產(chǎn)能的不斷擴(kuò)增，PC價(jià)格近年來總體上呈下跌趨勢
，2015年以來， 由于下游需求的回暖
，PC均價(jià)為 19250元/噸
，較去年同期上漲 8%左右，從 近年來的情況看
，2010年以來 PC均價(jià)為 19650元/噸
。
PP材料。PP即聚丙烯，是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹脂
，其無毒、無味
，密度小
，強(qiáng)度、剛度
、硬度耐熱性均優(yōu)于低壓聚乙烯,可在 100℃左右使 用
。具有良好的介電性能和高頻絕緣性且不受濕度影響，但低溫時(shí)變脆
，不耐 磨
、易老化。適于制作一般機(jī)械零件
、耐腐蝕零件和絕緣零件
。常見的酸、堿 等有機(jī)溶劑對它幾乎不起作用
2015年以來，在國際原油價(jià)格持續(xù)低迷背景下，PP失去成本支撐
，價(jià)格 有所下滑
，2015年以來均價(jià)為 10196元/噸，較 2014年均價(jià)下跌 14%
，統(tǒng)計(jì) 顯示
，2006年以來 PP均價(jià)為 12120元/噸。
PLA材料 。PLA即聚乳酸
，其熱穩(wěn)定性好，有好的抗溶劑性
，可用多種方式進(jìn)行加工
，如擠壓、紡絲
、雙軸拉伸
，注射吹塑。由聚乳酸制成的產(chǎn)品除能生物降解外
，生物相容性
、光澤度、透明性
、手感和耐熱性好
，還具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性
，因此用途十分廣泛
，可用作包裝材料、纖維和非織造物等
，目前主要用于服裝
、工業(yè)和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。
目前我們可查的數(shù)據(jù)庫暫無聚乳酸價(jià)格，通過阿里巴巴查詢各廠家報(bào)價(jià)顯 示，目前 PLA均價(jià)在 21000元/噸左右
，其價(jià)格高于 ABS
、PC、PP等石化路 徑工程塑料
，原因是聚乳酸原料來自于玉米等農(nóng)作物生物發(fā)酵
，成本相對較高， 也因?yàn)槿绱?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">，其環(huán)境友好程度較高
。
合成橡膠材料。為了區(qū)別于天然橡膠，統(tǒng)一將用化學(xué)方法人工合成的橡膠稱為合成橡膠
，能夠有效彌補(bǔ)天然橡膠產(chǎn)量不足的問題
